Самодельный телескоп
Чтобы вести астрономические наблюдения, вы можете сделать телескоп сами. В этой статье мы расскажем, как изготовить телескоп-рефрактор из очковых стекол (для начинающих любителей) и телескоп-рефлектор (для более опытных).
Изготовление самодельного рефрактора доступно любому школьнику. Прежде всего приобретите объектив и окуляр. В качестве объектива можно использовать два стекла для очков (мениски) по +0,5 диоптрии, расположив их выпуклыми сторонами одно наружу, а другое внутрь на расстоянии 30 мм одно от другого. Между ними поставьте диафрагму с отверстием диаметром около 30 мм. Объективом может служить и насадочная линза для фотоаппаратов типа «Смена», «Зоркий» в +1 диоптрию.
Для окуляра возьмите сильную лупу (5–10‑кратную) небольшого диаметра. Такой телескоп обеспечит увеличение в 20–40 раз.
Трубу телескопа, в которой укрепляется объектив, можно сделать из бумаги; можно подобрать металлическую или пластмассовую трубку. Из такого же материала изготовляется выдвижная трубка меньшего диаметра для окуляра.
Главную трубу A делайте сантиметров на десять короче фокусного расстояния объектива. Длина окулярной трубки B около 40 см. Чтобы наводить телескоп на фокус («на ясное зрение»), окулярная трубка должна плотно, на трении, вдвигаться и выдвигаться.
Линзу объектива C укрепите в передней части трубы с помощью оправы D, состоящей из 2 картонных колец с разрезом и 2 коротких бумажных трубок чуть меньшего диаметра, чем линза. С помощью этих трубок линза плотно зажимается между кольцами (рис. 1).
Чтобы было удобнее вести наблюдение, изготовьте для телескопа штатив. Проще всего сделать деревянный азимутальный штатив, на котором труба поворачивается вокруг двух осей: вертикальной и горизонтальной. Трубу на другом конце горизонтальной оси уравновесьте грузом. Чтобы не приходилось поддерживать все время трубу рукой, сделайте стопорный винт, а еще лучше два: для вертикальной и горизонтальной осей (рис. 2).
С помощью сделанного вами рефрактора вы можете наблюдать горы на Луне, кольца Сатурна, фазы Венеры, диск Юпитера и 4 его спутника, двойные звезды, некоторые звездные скопления — Плеяды, Ясли. Солнечные пятна наблюдайте, проецируя изображение Солнца на экран — лист белой бумаги, защитив его от прямых лучей Солнца куском картона с отверстием посредине, надетым на трубу.
Если любитель астрономии терпелив и у него умелые руки, он может изготовить телескоп-рефлектор с диаметром главного зеркала 100–120 мм, а после приобретения опыта — и большего размера.
Как вы знаете, существует несколько систем телескопов-рефлекторов. Любителю астрономии легче построить рефлектор системы Ньютона (см. Рефлекторы).
Если фокусное расстояние главного зеркала при диаметре 100 мм больше 700 мм, а при диаметре 120 мм — больше 900 мм, то поверхность зеркала лучше сделать не параболической, а сферической, что намного легче.
Для изготовления такого сферического зеркала нужны два диска (при диаметре 100 мм толщиной — не менее 8–10 мм, при диаметре 120 мм — около 12–14 мм) из хорошо отожженного стекла, например зеркального, витринного, иллюминаторного. Если есть толстое зеркальное стекло, диски можно вырезать и самому с помощью трубчатого сверла. Его сгибают из полосы железа, стали или другого не очень мягкого металла. Толщина стенок сверла — 1–2 мм. Оно укрепляется на деревяном диске того же диаметра, что и зеркало. Диски вырезают, вращая трубчатое сверло на сооруженном для этой цели станочке или вручную. Под край сверла непрерывно подмазывают кашицу из абразива (например, порошка наждака), размешанного с водой.
В качестве заготовок для зеркал можно использовать плоско-выпуклые конденсорные линзы для фотоувеличителей, обрабатывая их плоскую поверхность. Такие линзы диаметром до 113 мм вы сможете приобрести в интернете.
Диски вырезаны. Теперь их надо отшлифовать. Для этого вам понадобятся шлифующие и полирующие материалы, а также смола и канифоль. Шлифуйте зеркало с помощью абразивных порошков — карборунда (карбида кремния), корунда или наждака. В вашей работе понадобятся абразивы с зернами разной величины. Они обычно различаются по номерам: 40–20 (самый крупнозернистый), 12–10, 6–4. Абразивные порошки разных номеров можно получить, раздробив на мелкие куски абразивный (точильный) камень. Полученный порошок сортируют, просеивая через мелкие сита.
Шлифуйте диски на станочке (рис. 3). На толстой доске — основании — укреплен вращающийся круглый или шести-, восьмиугольный столик. В его центре наглухо закреплена ось, вращающаяся в основании. Столик может опираться на «утопленные» в основании 3 стальных шарика. На таком станочке очень удобно работать: вместо того чтобы самому ходить вокруг стола, можно поворачивать столик станка.
Начинайте шлифовку самым крупным абразивом. Для шлифовки зеркала сферической поверхности наложите один диск на другой. Предварительно нижний диск закрепите в центре вращающегося столика 4 шурупами с надетыми на них отрезками толстостенной резиновой трубки. Затем, смазывая соприкасающиеся поверхности кашицей из абразивного порошка с водой, двигайте верхний диск от себя и к себе на 1/4–1/3 радиуса. При этом оба диска непрерывно поворачивайте в противоположных направлениях. В результате поверхность верхнего диска становится вогнутой, а нижнего — выпуклой (рис. 4).
Чтобы ускорить процесс грубой шлифовки, в современной любительской практике применяется шлифовка кольцом. В качестве кольца возьмите отрезок толстостенной чугунной трубы. Диаметр кольца равен примерно половине диаметра зеркала. Положив будущее зеркало на место шлифовальника, шлифуйте его кольцом, подмазывая кашицу из абразива с водой. Следите, чтобы кольцо не выводилось за пределы края шлифовальника (рис. 5). Кольцо и столик станочка должны все время равномерно поворачиваться в противоположных направлениях. При шлифовке кольцом углубление в стекле получается гораздо быстрее, чем при шлифовке стекла стеклом.
При дальнейшей шлифовке кроме стеклянного шлифовальника применяют шлифовальники, основания которых делают из самых разных материалов: металла, гетинакса, текстолита, отлитых из смеси цемента с песком или цемента с алебастром. Применяют также дерево, пропитанное водоотталкивающим составом. На основание такого шлифовальника наклеивают квадратики из стекла или оргстекла. Применяют и специальные металлические шлифовальники. Их основания, имеющие вид сферы, вытачивают на токарном станке. Применение описанных выше шлифовальников позволяет ограничиться одним стеклянным диском — будущим зеркалом.
Когда углубление приближается к заданной величине (для 100 мм зеркала — не более 0,90 мм; для 120 мм зеркала — не более 1,00 мм), переходите от грубой шлифовки к тонкой, применяя все более и более мелкие сорта абразива.
Закончив шлифовку самым мелким абразивом, отполируйте поверхность зеркала. На нижний диск-шлифовальник нанесите слой сплава смолы с канифолью толщиной 4–5 мм. Слой разделите сетью канавок на квадратики — фасетки для лучшего контакта со стеклом и циркуляции полирующего вещества (рис. 6). Тщательно полируйте специальными порошками: крокусом или полиритом с водой.
Итак, зеркало для телескопа готово. Поверхность его не должна отклоняться от заданной более чем на 70 нм. Проверить точность поверхности изготовленного вами зеркала можно с помощью теневого прибора. Он изобретен французским физиком Фуко. Такой самодельный прибор (рис. 7) из деревянных брусочков или деталей «конструктора», лампочки от карманного фонаря и лезвия для безопасной бритвы поможет вам провести испытание зеркала.
<addc>r</addc>
Принцип работы теневого прибора таков (рис. 8, а). В центре кривизны O испытываемого зеркала поместите искусственную звезду — точечный источник света (например, в листовой фольге сделайте небольшой прокол и осветите сзади ярким светом), а в точке пересечения отраженных от зеркала лучей света (вершина конуса O') поставьте «нож Фуко» (например, лезвие бритвы). Поместившись сзади фонарика, найдите отражение звезды в зеркале. Приближаясь или удаляясь от зеркала, добейтесь, чтобы искусственная звезда заполнила своим светом всю поверхность зеркала. Если теперь медленно пересекать вершину конуса лучей «ножом Фуко», то все зеркало будет «гаснуть» одновременно (рис. 8, б). Это значит, что все лучи, отраженные от зеркала, сходятся в одной точке. Если кривизна поверхности зеркала отклоняется от заданной, то вы увидите «теневую картину» (рис. 8, в), по которой судят о форме поверхности. Поверхность зеркала исправьте дальнейшей полировкой, изменяя характер движений зеркала (штрихов) или форму полировальника. Реальные отклонения поверхности изготовленного вами зеркала от сферы измеряются долями микрона.
Вогнутая сферическая поверхность отполированного зеркала отражает всего около 5% падающего на него света. Поэтому её надо покрыть светоотражающим слоем алюминия или серебра. Алюминируют зеркало только в специальной установке, а серебрить можно и в домашних условиях.
В телескопе-рефлекторе системы Ньютона диагональное плоское зеркало отклоняет вбок конус лучей, отраженных от главного зеркала. Изготовить хорошее плоское зеркало самим очень трудно. Вместо этого зеркала воспользуйтесь призмой с полным внутренним отражением от призменного бинокля. При главном зеркале диаметром 100–120 мм размеры прямоугольных плоскостей призмы, расположенных под углом 90°, заключены между 20×20 мм и 25×25 мм.
В качестве плоского диагонального зеркала вы можете использовать также плоскую поверхность линзы, поверхность светофильтра от фотоаппарата или любую другую оптически точную плоскость. Покройте её слоем серебра или алюминируйте.
К телескопу нужно иметь набор окуляров. В него входят слабый окуляр с фокусным расстоянием 25–30 мм; средний — 10–15 мм и сильный — 5–7 мм. Окуляром может служить однолинзовая лупа. Можно использовать окуляры от микроскопа, бинокля, теодолита, объективы от малоформатных фото- и кинокамер.
Главное зеркало, плоское диагональное зеркало и окуляр монтируйте в трубе (тубусе) телескопа. Простейший вариант трубы — «чикинская доска» (рис. 9, а), названная так по имени А. А. Чикина, пионера любительского телескопостроения в России. Основание такой трубы — сухая прочная доска шириной немного более диаметра главного зеркала и длиной немного более его фокусного расстояния. На одном конце перпендикулярно к ней укреплена квадратная толстая дощечка. На этой дощечке (рис. 9, б) между 4 отрезками толстостенной резиновой трубки, надетыми на шурупы, устанавливается главное зеркало. Чтобы зеркало не выпало, под головки шурупов положены пластмассовые шайбы. Задняя поверхность зеркала лежит на закругленных концах 3 шурупов, ввернутых в дощечку (на рисунке шурупы обозначены штриховыми кружочками), ближе к краю зеркала. Концы шурупов выступают на несколько миллиметров из дощечки и служат для юстировки телескопа.
На противоположном конце «чикинской доски» укрепляют небольшую дощечку с окулярным узлом.
Для телескопа-рефлектора изготовьте параллактический штатив. Он имеет полярную ось и ось склонений. Полярная ось должна быть направлена на полюс мира, на Полярную звезду (рис. 10).
В современных астрономических наблюдениях большую роль играют дополнительные приборы, присоединяемые к телескопу. Это или фотокамера, или спектрограф, или фотоэлектрический фотометр. Астроному-любителю тоже не следует ограничиваться простым рассматриванием небесных светил в телескоп. Ведь интересно иметь собственные снимки Солнца, Луны, звездного неба, метеоров и других небесных тел. Полученные снимки могут иметь и научную ценность.
Подробнее о том, как построить телескоп-рефлектор, рассказывается в книге М. С. Навашина «Телескоп астронома-любителя» (М.: Наука, 1979).
